“双碳”目标的推动下，钢铁行业需要积极探索低碳炼铁工艺。当前，高炉喷吹天然气技术逐步应用并推广，这一工艺能够在一定程度上替代高炉内的碳基燃料，从而减少碳排放。然而，由于天然气在高炉内的热力学行为较为复杂，不同操作参数对天然气的还原效能存在显著影响，需进一步优化各参数的组合来提升工艺效果。
目前，已有的研究对高炉喷吹天然气技术的工艺参数提出了初步的优化建议，但对于鼓风富氧、风温、鼓风湿度等关键操作参数如何影响炉腹煤气量和理论燃烧温度的动态耦合关系，尚缺乏系统的分析。进一步的研究需要定量化分析这些工艺参数间的关系，以提供更科学的操作指导。
首钢集团有限公司的张福明教授及其团队通过构建物料平衡和热量平衡模型，对高炉喷吹天然气条件下的主要操作参数进行了深入研究。该团队采用了热力学第二定律，对喷吹天然气后高炉内的热力学还原行为进行了分析，并以线性回归法定量解析了鼓风富氧率、鼓风温度、鼓风湿度等对炉腹煤气量和理论燃烧温度的影响。
相关研究成果以“喷吹天然气条件下高炉主要工艺参数的研究”为题目发表于《钢铁研究学报》期刊2022年第34卷第9期。论文作者为：程相锋, 张福明*, 青格勒, 徐萌, 张彦。
该论文的主要研究结果与结论如下：
天然气在高温下裂解生成CO和H₂，增加了煤气中的还原成分，促进了间接还原反应。
高炉喷吹天然气导致炉腹煤气量迅速增加，且理论燃烧温度显著降低。每增加10 kg/t的天然气喷吹量，炉腹煤气量增加29 m³/t，理论燃烧温度降低45℃。
鼓风湿度对炉腹煤气量和理论燃烧温度的影响显著。湿度每增加1%，炉腹煤气量上升18-22 m³/t，理论燃烧温度降低44-51℃。
鼓风富氧率每提升1%，理论燃烧温度提升27-32℃。但风温的调节作用相对有限，每提升100℃风温，理论燃烧温度仅增加22-27℃。
研究构建了基于鼓风湿度、风温、富氧率和天然气喷吹量的耦合关系模型，提出了适用于不同工艺条件的优化组合策略，以确保高炉稳定运行。
论文中的主要图片和表格如下：
图1. 标准吉布斯自由能变化与温度的关系
图2. 不同天然气喷吹量和风温下富氧率对高炉指标的影响
图3. 不同天然气喷吹量和富氧率下风温对高炉指标的影响
图4. 不同富氧率和风温下天然气喷吹量对高炉指标的影响
图5. 不同富氧率和风温下湿度对高炉指标的影响
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